[论文解读] Massive (?) starburst hosts of blue compact galaxies (BCGs)

N. Bergvall, G. Östlin|arXiv (Cornell University)|May 24, 2002

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 4被引用 6

一句话总结

本研究利用光学光谱和深空光学/近红外测光，调查了四个明亮蓝致密星系（BCGs）及其伴星，发现其核心星暴由大质量、富含金属的晕所宿主，且晕中存在年老的恒星种群。这些呈红色、椭圆星系状的晕在低光度BCGs中不寻常，暗示其起源于富含气体的矮星系或HI云与大质量、暗物质主导的晕发生并合，挑战了星系年轻假说，支持BCGs的并合驱动形成模型。

ABSTRACT

We present optical spectroscopy and deep optical/near-IR photometry of 4 luminous metal-poor blue compact galaxies (BCGs) and two of their companions. With the aid of spectral evolutionary models (SEMs) and structural parameters derived from the surface photometry we discuss the properties of the central starbursts and the halo populations of the galaxies. Special attention is paid to the effects of dust, chemical inhomogeneities and contamination of nebular emission to the halo light. The optical/near-IR colour index profiles show a sharp distinction between the starburst and the host. The hosts have luminosity profiles characteristic of massive ellipticals and remarkably red colours, typical of a relatively {\it metal-rich} stellar population of {\it old age}. These properties are in conflict with the relatively low luminosities. The situation can best be explained if the hosts have an unusually large amount of dark matter that can hinder the outflow of metals from the system. The indicated difference in metallicity between the halo and the young starburst disproves the recurrent burst scenario and supports different origins of the two populations. We conclude that these BCGs are undergoing mergers between early type galaxies/thick disks and gas-rich galaxies or intergalactic HI clouds, in many respects reminiscent of a retarded formation of massive ellipticals.

研究动机与目标

• 确定明亮蓝致密星系（BCGs）的真实年龄和恒星种群组成，特别是评估其是否为真正年轻的系统。
• 利用多波段测光和光谱学，分离BCGs中年轻星暴种群与年老晕种群的贡献。
• 研究BCGs中观测到的红色、椭圆星系状晕的起源，这些晕与星暴区域的低光度和低金属度似乎不一致。
• 评估这些观测特性是否可由内部过程（如反复爆发）或外部触发（如星系并合或气体吸积）解释。
• 检验假设：大质量、暗物质主导的晕是束缚金属并维持BCGs中长期恒星形成所必需的。

提出的方法

• 开展深度光学与近红外测光，以获得BCGs及其伴星的表面亮度和颜色分布曲线。
• 进行光学光谱观测，测量发射线强度，并推导星暴区域的电离气体金属丰度。
• 应用光谱演化模型（SEMs），从观测测光与光谱中分解恒星种群组分。
• 使用Sersic轮廓拟合方法，表征晕光度分布的结构参数，并推断质量光度比。
• 将观测到的光度-金属丰度关系与经验校准进行比较，评估晕光度是否与其推导出的金属丰度一致。
• 评估尘埃、化学成分不均一性以及电离气体发射污染对晕光解释的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 BCGs中观测到的红色、椭圆星系状晕是否表明存在一个年老、富含金属的恒星种群，与中心星暴所暗示的年轻年龄不一致？
• RQ2 晕的高金属丰度与星暴区域的低金属丰度之间的差异，能否由单次爆发或并合事件解释？
• RQ3 是否存在一个大质量、暗物质主导的晕，是解释BCG宿主星系结构和测光特性的必要条件？
• RQ4 星暴的起源是什么——是内部过程（如反复爆发）还是外部触发（如星系并合或气体吸积）？
• RQ5 BCGs的观测特性与高红移星系及早期星系形成的本地类星体相比如何？

主要发现

• BCGs宿主星系的光度分布和近红外颜色与大质量椭圆星系典型特征一致，表明存在主导的年老、富含金属的恒星种群。
• 晕中恒星种群的金属丰度显著高于中心星暴区域（通常约10%太阳值），从而否定了反复爆发情景。
• 观测到的晕光度远高于其推导金属丰度所预期的值，暗示存在一个大质量、暗物质主导的晕。
• 晕光度分布的Sersic指数很高（n ≫ 1），与大质量、紧凑的系统一致，类似于经典椭圆星系。
• 光学/近红外颜色分布曲线显示，红色、年老晕与蓝色、年轻星暴之间存在明显的过渡，证实了种群的清晰分离。
• 数据支持一种并合场景：富含气体的低表面亮度星系或HI云在低密度环境中并合至大质量、富含金属但较暗的椭圆星系宿主上。